27.12.19
Главным недостатком открытых магнитных ловушек для удержания плазмы традиционно считается большая величина потерь энергии вдоль магнитного поля. Однако согласно теоретическим расчетам специалистов Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), величина таких энергетических потерь (энергии, выносимой электрон-ионной парой) может быть уменьшена до величин, приемлемых для систем с параметрами термоядерного класса. В недавних экспериментах на установке ГДЛ (Газодинамическая ловушка) специалисты Института измерили величину продольных потерь энергии из открытой ловушки – результаты совпали с теоретическими предсказаниями. Полученные данные подтверждают возможность развития термоядерных установок следующего поколения на основе открытых магнитных систем. Результаты опубликованы в статье.
ГДЛ ИЯФ СО РАН
Главной задачей исследований ИЯФ СО РАН по удержанию плазмы является физическое обоснование термоядерного реактора на основе магнитной ловушки открытого типа, способного работать с топливами, не содержащими радиоактивный тритий. Один из этапов достижения этой цели – создание в ИЯФ СО РАН Инфраструктурного комплекса разработки новых технологий удержания термоядерной плазмы – ГДМЛ (Газодинамической многопробочной ловушки). В проект ГДМЛ будет интегрирован весь объем передовых знаний и технологий в области открытых магнитных систем удержания плазмы, накопленных в Институте и мире.
Эксперимент по измерению величины энергии, выносимой из открытой ловушки одной электрон-ионной парой, проводился на установке ГДЛ ИЯФ СО РАН. Параметры новосибирской установки (температура электронов достигает 200 эВ при инжекции атомарных пучков и до 900 эВ при использовании ЭЦР-нагрева) позволяют проводить эксперименты в условиях, близких к термоядерным.
«Продольные потери энергии в открытой ловушке определяют температуру плазмы, время ее удержания и прочие важные параметры. Чтобы развивать термоядерное направление, необходимо было понять, сколько энергии мы можем позволить себе потерять. Расчеты наших теоретиков показали, что даже с учетом вторичной электронной эмиссии и дополнительного ускорения ионов потери меньше, чем предсказывали более ранние теории. Для того, чтобы измерить эту величину в эксперименте, мы разработали специальную систему зондовых диагностик»,
– рассказывает ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Елена Солдаткина.
Схема зондовых диагностик в расширителе ГДЛ для изучения величины продольных потерь из открытой ловушки
Диагностическая система состоит из трех зондов: ионного, плоского зондов и болометра, которые двигаются от приемника плазмы до пробки. Ионный зонд измеряет поток ионов, плоский зонд нужен для измерения коэффициента вторичной электронной эмиссии, а болометр измеряет энергию всех падающих на него частиц. В ближайшее время на основе разработанной методики ученые создадут полноценную систему диагностики из двадцати одной «тройки» таких зондов, которая позволит проводить мониторинг потерь энергии на всей поверхности плазмоприемника, отслеживать величину в динамике.
«Конечно, проблема продольных потерь энергии в открытых магнитных системах не решена, свести их к нулю невозможно, но мы теряем столько, сколько можем себе позволить, а значит, можем продолжать развивать термоядерное направление на основе открытых ловушек, – добавляет Елена Солдаткина. – Например, наш эксперимент показал, на каком расстоянии от плазмы необходимо устанавливать приемник плазмы, чтобы энергетические потери имели приемлемую величину. Эту информацию мы сможем использовать при строительстве ГДМЛ».
